Materiais Compostos Inteligentes

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Scientia et Technica Año X, No 25, Agosto 2004. UTP. ISSN 0122-1701 143 
 
MATERIALES COMPUESTOS INTELIGENTES 
 
RESUMEN 
 
Los compuestos inteligentes son materiales que por su microestructura pueden 
comportarse como sensores, actuadores y controladores. Este artículo presenta 
algunos compuestos inteligentes típicos, así como sus funciones y aplicaciones. 
También, se estudian las tendencias actuales de investigación en este campo. 
 
PALABRAS CLAVES: Aleaciones con memoria de forma, piezoeléctricos. 
 
ABSTRACT 
 
A smart composite is a material that inherently contains actuating, sensing and 
controlling capabilities built into its microstructure. This article presents some 
typical smart composites, as well as their functions and applications. Also, the 
current trends of research in this area are reviewed. 
 
KEYWORDS: Shape memory alloys, piezoelectric materials. 
 LUZ STELLA ARIAS MAYA 
Ingeniera Mecánica 
Estudiante de Maestría 
School of Engineering 
University of Surrey 
stellarias@hotmail.com 
 
LIBARDO VANEGAS USECHE 
Ingeniero Mecánico, M.Sc. 
Profesor Asistente 
Facultad de Ingeniería Mecánica 
Universidad Tecnológica de Pereira 
lvanegas@utp.edu.co 
 
 
 
1. INTRODUCCIÓN 
 
Los compuestos son materiales que aprovechan las 
propiedades de dos o más materiales (metales, cerámicos 
y plásticos) que, al ser combinados (insolublemente) y 
unidos de ciertas maneras y en proporciones adecuadas, 
forman un nuevo material con propiedades diferentes a 
las de los constituyentes. Así, pueden lograrse 
combinaciones de propiedades que son difíciles de 
obtener en materiales convencionales, tal como gran 
tenacidad y alta resistencia a la tracción. Generalmente, 
los constituyentes se combinan en dos fases tal que las 
debilidades de uno de ellos se compensan con las 
fortalezas del otro, mejorando el desempeño global. Por 
ejemplo, un polímero puede reforzarse con fibras de 
vidrio para obtener resistencia y rigidez adecuadas, 
manteniéndose un bajo peso (debido a su baja densidad). 
 
Un compuesto puede ser ‘inteligente’, para lo cual, es 
necesario usar materiales ‘inteligentes’, que se introducen 
en la estructura como aparatos o en fibras. Un material 
inteligente es un material estructural que intrínsecamente 
(por su microestructura) tiene la capacidad de actuar, 
sentir y controlar [1]. Similarmente, un sistema (o 
estructura) inteligente es un ensamble que presenta las 
mismas características, mediante la combinación de dos o 
más materiales [1]. Un sistema inteligente incluye 
sensores y actuadores, los cuales producen cambios de 
forma, características mecánicas, posición o frecuencia 
natural cuando hay un cambio de temperatura, de campo 
magnético o eléctrico, y procesadores de tiempo real, que 
pueden controlar el sistema. Por lo tanto, los materiales 
compuestos inteligentes son compuestos capaces de 
sensar cambios en el medio circundante y responder a 
ellos de una manera predeterminada. 
 
Fecha de recepción: 27 de mayo de 2004 
Fecha de aceptación: 
En este artículo se describen algunas características, 
funciones y aplicaciones de materiales compuestos 
inteligentes. En la sección 2 se describen los materiales 
inteligentes. Luego se describen los compuestos 
inteligentes, desde la perspectiva de sus funciones. En la 
sección 4 se describen con cierto detalle dos casos 
típicos. Se presenta, también, una revisión de las 
tendencias actuales de investigación en este campo. 
 
2. MATERIALES INTELIGENTES 
 
Los materiales inteligentes, denominados también 
multifuncionales, son aquellos que tienen la capacidad de 
cambiar sus propiedades mecánicas o físicas en presencia 
de un estímulo concreto [2]. Aunque todavía no existe 
un consenso sobre los límites exactos entre materiales 
inteligentes y los que no lo son, se acepta que ellos 
poseen ciertas características, las cuales se describen en 
la siguiente definición de sistema inteligente [2]: 
 
Sistema o material que presenta sensores, ‘actuadores’ y 
mecanismos de control, intrínsecos o embebidos, por los 
cuales es capaz de sentir un estímulo, de responder ante él 
de una forma predeterminada en un tiempo apropiado y de 
volver a su estado original tan pronto como el estímulo cesa. 
 
Los materiales inteligentes más comunes pueden 
clasificarse en [2]: 
- Materiales con memoria de forma 
- Materiales electro y magnetoactivos 
- Materiales foto y cromoactivos 
 
2.1. Materiales con memoria de forma 
 
El efecto de memoria de forma consiste en una relación 
causa-efecto entre la deformación (cambio de forma) y 
un estímulo externo, por ejemplo, cambio de temperatura 
o de campo magnético. 
 
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Los materiales con memoria de forma pueden ser: 
aleaciones, polímeros o cerámicas con memoria de forma 
y aleaciones ferromagnéticas con memoria de forma. De 
estos materiales, los más comunes parecen ser las 
aleaciones con memoria de forma (aquí se simplificará 
como AMF), las cuales son metales que además del 
efecto de memoria, tienen la propiedad de seudo-
elasticidad. Después de ser deformadas mediante carga, 
las AMF pueden recuperar su forma o configuración 
original cuando se someten a un pequeño cambio de 
temperatura (unos 10°C), el cual produce un cambio de 
fase de estado sólido (ver figura 1). Aparecen dos fases, 
la martensita y la austenita. La martensita, que es 
relativamente suave, existe a bajas temperaturas. La 
austenita es más dura y aparece a una temperatura más 
alta. La martensita puede deformarse fácilmente, con lo 
cual una carga en la pieza con fase martensítica puede 
producir un cambio significativo en su forma, pero si la 
pieza se calienta por encima de la temperatura a la cual el 
material es completamente austenítico, ésta recupera su 
forma inicial, aún soportando la misma carga. 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
Figura 1. Cambio en la estructura cristalina de las AMF 
producido por el cambio de fase [2] 
 
Además, para que la austenita se transforme en martensita, 
basta sólo con cargar la pieza (no se requiere cambio de 
temperatura). Cuando se reduce la carga, la martensita 
comienza a transformarse en austenita nuevamente y el 
alambre o pieza puede recuperar su forma inicial. Este es 
el fenómeno conocido como seudo-elasticidad. 
 
2.2. Materiales electro y magnetoactivos 
 
Los materiales electro y magnetoactivos cambian sus 
propiedades físicas cuando se someten a un campo 
eléctrico y magnético, respectivamente. Dentro de esta 
clasificación están los materiales piezoeléctricos, los 
materiales electro y magnetoestrictivos, y los materiales 
electro y magnetoreológicos. 
 
Los materiales piezoeléctricos adquieren un potencial 
eléctrico o un campo eléctrico cuando se someten a 
esfuerzo mecánico. También, se produce el efecto 
contrario, ya que estos materiales se deforman cuando se 
les aplica un voltaje. De acuerdo con esto, el ‘efecto 
piezoeléctrico’ es un fenómeno que resulta de una 
relación entre las propiedades eléctricas y las mecánicas 
del material. 
 
Similarmente, los materiales electroestrictivos presentan 
el efecto de electroestricción, el cual implica un cambio 
de la dimensiones cuando se aplica un campo eléctrico. 
Una diferencia de éstos materiales con los piezoeléctricos 
es que en los primeros existe una dependencia cuadrática 
de la permisividad sobre el campo eléctrico, mientras que 
en los últimos existe dependencia lineal. Los materiales 
magnetoestrictivos pueden responder a campos 
magnéticos como los piezoeléctricos responden a un 
campo eléctrico. 
 
Los fluidos magnetoreológicos (MR) y electroreológicos 
(ER) (fluidos inteligentes) pueden cambiar su viscosidad, 
drásticamente y de manera reversible, cuando se someten 
a un campo magnético y eléctrico, respectivamente. 
 
2.3. Materiales foto y cromoactivos 
 
Los materiales fotoactivos experimentan cambios de 
diferente tipo cuando se someten a la acción de la luz, y 
pueden producir luz bajo ciertos estímulos.En los 
cromoactivos se generan cambios de color en presencia 
de un estímulo externo, como por ejemplo la temperatura, 
la corriente eléctrica y la radiación UV. Ejemplos de 
materiales fotoactivos son los electroluminiscentes, 
fluorescentes y fosforescentes, y de materiales 
cromoactivos, los fotocrómicos, termocrómicos y 
electrocrómicos. 
 
3. SISTEMAS COMPUESTOS INTELIGENTES 
 
Como se dijo en la sección 2, un sistema inteligente 
posee sensores, actuadores y controladores. En esta 
sección se describen los compuestos inteligentes desde el 
punto de vista de cada una de estas funciones. Se 
presentan algunos materiales y aplicaciones típicas. 
 
3.1. Sensores 
 
Un material sensor es aquel que detecta una señal (dato 
de entrada). Algunos materiales o aparatos, como las 
fibras ópticas, los materiales piezoeléctricos, aparatos 
microelectromecánicos o alambres de guía de onda 
acústica, se ubican dentro del compuesto para sensar 
cambios en el medio circundante. Para ser usados como 
sensores, algunos compuestos son embebidos en otro 
compuesto, de matriz polimérica por ejemplo. 
 
La fibra óptica puede sensar temperatura, deformación, 
campos eléctricos y magnéticos o presión. Puede 
transmitir señales mediante fotones de radiación 
electromagnética o de luz, alcanzando altas velocidades, 
distancias y densidades de transmisión, con un porcentaje 
de error pequeño. Por estas razones, es altamente usada 
en telecomunicaciones. 
 
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Debido a las características ya mencionadas, los 
materiales piezoeléctricos pueden sensar deformación, 
vibraciones o impactos. Por ejemplo un medidor de 
deformación piezoeléctrico (strain gage) puede adherirse 
a un elemento estructural, generándose un voltaje que es 
función de la deformación o de la amplitud de vibración. 
 
Algunos cerámicos y polímeros tienen las propiedades de 
piezoelectricidad, aunque los últimos son más escasos y 
muchos de ellos están en una fase de investigación y 
desarrollo [2]. Los elementos piezoeléctricos se usan en 
computadores, en los campos automotriz y médico (por 
ejemplo en bombas de insulina), terapia con ultrasonido y 
muchas más aplicaciones. 
 
3.2. Actuadores 
 
Los materiales más comúnmente usados como actuadores 
son las AMF, los cerámicos piezoeléctricos, materiales 
magnetoestrictivos y electroestrictivos y los fluidos 
magnetoreológicos (MR) y electroreológicos (ER). 
 
Las AMF se usan como instrumental quirúrgico, en el 
control de vibración de grandes estructuras compuestas 
flexibles [3] y para aumentar la resistencia y rigidez 
cuando se usan como refuerzos en compuestos de matriz 
metálica. Las más usadas son NiTi, CuZnAl y CuAlNi. 
 
Los actuadores piezoeléctricos pueden ser embebidos o 
adheridos a una estructura compuesta. Pueden ser, por 
ejemplo, cristales sencillos de polímeros o poli-cristales 
de cerámicos. En general, estos materiales pueden ser 
usados simultáneamente como sensores y actuadores, 
aunque son más usados como sensores. 
 
Los elastómeros electroestrictivos son un ejemplo de 
material electroestrictivo, y se utilizan como actuadores 
en robots que trabajan como músculos (se generan 
grandes deformaciones al aplicar las cargas). 
 
Los fluidos MR se utilizan, por ejemplo, en la 
amortiguación de las vibraciones de lavadoras o aparatos 
para hacer ejercicio, y los fluidos ER se utilizan en 
válvulas y para reducir ruido y vibraciones en vehículos. 
 
De acuerdo a [3], el actuador ideal no existe. Se está 
investigando un rango de alternativas, ya que la industria 
y los militares tienen un gran interés en estructuras 
inteligentes. 
 
3.3. Controladores 
 
Los sensores y actuadores pueden introducirse en otros 
materiales para formar compuestos inteligentes. Los 
controladores se usan para acoplar funcionalmente estos 
dos elementos. Los controladores basados en 
microprocesadores reciben la señal de los sensores, y 
luego envían una señal correspondiente a los actuadores 
para producir la respuesta del material. 
Actualmente se están investigando y desarrollando 
algunos ‘cerebros artificiales’, que tienen un 
procesamiento autoadaptivo, para ser usados en algunas 
aplicaciones como en la industria aeronáutica. Éstos 
corresponden a las redes neuronales artificiales que 
pueden procesar y decidir rápidamente y que son 
similares a las células nerviosas de los seres vivos, las 
cuales trabajan individualmente y aprenden 
colectivamente para ejecutar tareas más complejas. 
Aquí, los aparatos piezoeléctricos pueden tomarse 
nuevamente como ejemplo. 
 
4. CASOS PARTICULARES 
 
4.1. Compuestos laminados de matriz polimérica 
reforzada con fibras de carbono 
 
Se han obtenido algunos compuestos de matriz 
polimérica y matriz de cemento que son llamados 
estructuras intrínsecamente inteligentes, ya que tienen la 
característica de que no tienen dispositivos que actúen 
como sensores o actuadores. Como refuerzos se usan 
fibras cortas conductoras de la electricidad (en matrices 
de cemento) y fibras continuas de carbono (en matrices 
poliméricas) para eliminar la necesidad de aparatos 
adicionales. Estas estructuras tienen ciertas ventajas con 
respecto a aquellas que requieren dispositivos, ya que 
cuando éstos se introducen en los elementos, se observa 
una degradación de las propiedades mecánicas, lo cual 
reduce la vida de la estructura. Pueden ser usadas para 
sensar daño mecánico o térmico, temperatura, esfuerzos o 
deformaciones, y para controlar vibraciones estructurales. 
 
Los compuestos de matriz polimérica intrínsecamente 
inteligentes pueden hacerse de una matriz epóxica 
reforzada con carbono (conductor de electricidad), y son 
muy utilizados en las industrias aeroespacial, automotriz 
y de la construcción. Estos compuestos de 
carbono/epoxy pueden sensar su propia deformación. 
Cuando las fibras se someten a una deformación 
longitudinal (en la dirección de éstas), las fibras se estiran 
y tienden a alinearse entre ellas, aumentándose la 
posibilidad de que las fibras de láminas adyacentes se 
toquen. Esto hace que la resistencia en la dirección de las 
fibras se reduzca y que aquella en la dirección 
perpendicular al plano de las láminas se aumente [4]. 
Para determinar la deformación, pueden compararse las 
magnitudes de sensibilidad de deformación (porcentaje 
de cambio en la resistencia por unidad de deformación) 
en ambas direcciones. 
 
La resistencia eléctrica puede cambiar también cuando 
ocurren daños en el compuesto (causados por esfuerzo o 
temperatura, bajo condiciones estáticas o dinámicas). Si 
por ejemplo ocurre deslaminación (ver figura 2(a)), la 
resistencia (resistividad de contacto de la interfaz ínter-
laminar) en la dirección perpendicular a las láminas se 
incrementa, ya que el número de contactos entre fibras de 
diferentes láminas se reduce. 
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Si el daño es más ligero, como una disrupción en el orden 
de las fibras o un pequeño daño en la matriz, tanto la 
resistencia en la dirección longitudinal como en la 
perpendicular a las láminas se reduce, irreversiblemente, 
debido a que se incrementa el número de contactos entre 
las fibras. La figura 2 esquematiza estos dos ejemplos. 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
Figura 2. (a) Una compuesto deslaminado. El número de 
contactos se reduce, por lo que aumenta la resistencia. (b) Un 
pequeño daño en la matriz conlleva a un mayor contacto entre 
las fibras, entonces, las resistencias longitudinal y perpendicular 
a las láminas se reduce. (Las direcciones en las cuales se afecta 
la resistencia se indican mediante flechas) 
 
Similarmente, los compuestos de carbono/epoxy 
continuos tienen la capacidad de actuar como termistores 
y termocuplas (pueden sensar temperatura). Un termistor 
es un dispositivo sensible a cambios de temperatura, ya 
que la conductividad eléctrica cambia con ésta. La 
temperatura afecta la energía (energía de activación) 
requeridapara que un electrón salte de una lámina a otra, 
por lo que la resistividad se altera con cambios de 
temperatura. Por otro lado, cuando dos conductores 
diferentes, a temperaturas diferentes, se usan en dos 
puntos se genera un voltaje. Esto es una termocupla, y es 
aplicada en los compuestos mediante la distribución de 
dos tipos de fibras de carbono en diferentes láminas. 
 
4.2. Compuesto con aleación con memoria de forma 
 
Las AMF pueden ser incorporadas en materiales 
compuestos, como alambres o en partículas. Los 
alambres se integran predeformados a la matriz, y se 
obtiene un compuesto que tiene la capacidad de cambiar 
de forma, controlar la expansión térmica y, cuando se 
activan térmicamente, cambiar la frecuencia natural de 
vibración. Las AMF pueden usarse como sensores, por 
ejemplo para sensar temperatura, ya que como se dijo 
anteriormente, un cambio de unos 10°C puede producir 
un cambio de la forma debido al cambio de fase. Sin 
embargo, las AMF se prefieren como actuadores. 
 
Desafortunadamente, las aplicaciones de estas aleaciones 
en estructuras inteligentes tienen un rango limitado, 
debido a lo siguiente: 
- Las AMF tienen una alta densidad (6 - 8 g/cm3, para 
la mayoría de aleaciones). 
- Tienen altos costos. 
- Éstas no son adecuadas para amortiguar vibraciones 
de alta frecuencia [3]. 
- Tienen mala resistencia a la fatiga. 
- La estructura debe ser precalentada para activarla. 
- El proceso de manufactura es difícil de controlar. 
Hay que obtener alambres delgados que aseguren una 
buena adhesión con el compuesto, de tal manera que 
sobrelleven la misma deformación. El diámetro 
típico de las AMF puede ser altos gruesos como 1 
mm [5], el cual es mayor que los diámetros de las 
fibras de aramida carbono o vidrio (∼ 8 - 10 µm). 
Esta desventaja se observa también en sensores de 
fibra óptica, cuyos diámetros típicos oscilan entre 100 
y 300 µm. Estos diámetros pueden producir paquetes 
de resina o una adhesión deficiente en la vecindad de 
las fibras, produciendo, entre otros factores, 
disrupciones y concentración de esfuerzos. Estos 
defectos producidos durante la fabricación de la 
estructura compuesta usando AMF pueden producir 
una degradación gradual del comportamiento 
mecánico del laminado. Además, durante el proceso 
de fabricación, las fibras de estas aleaciones deben ser 
preestiradas, lo cual es una labor difícil. 
- Como la capacidad de sensar de estos metales 
inteligentes (AMF) está restringida con la 
temperatura, deben usarse con otros sensores (de fibra 
óptica por ejemplo), cuando se desea controlar otros 
parámetros como el cambio de frecuencia. Las fibras 
ópticas podrían provocar los problemas acabados de 
mencionar si no tienen un diámetro compatible con el 
de las fibras de refuerzo y de la AMF. 
 
Debido a todas estos dificultades, se están estudiando 
soluciones que hagan viable un uso adecuado y seguro de 
estos materiales en un campo más amplio, teniendo en 
cuenta sus ventajas tales como buenas propiedades 
mecánicas y biocompatibilidad. De manera similar, los 
investigadores están obteniendo un mejor entendimiento 
de los efectos de incorporar estas aleaciones en las 
estructuras compuestas. 
 
En la industria aeronáutica hay una aplicación que está 
siendo investigada. Los alerones de la mayoría de los 
aviones funcionan con sistemas hidráulicos complejos 
conformados por bombas y tuberías, los cuales son 
difíciles y costosos de mantener. Las AMF están siendo 
estudiadas como una de las alternativas de operar 
eficiente y confiablemente estos alerones, sin necesidad 
de recurrir a los sistemas hidráulicos. La figura 3(a) 
muestra la configuración común de los alerones, y la 
figura 3(b) muestra la alternativa que elimina la 
necesidad de las articulaciones y del complejo sistema 
hidráulico, utilizando alambres de AMF, los cuales sólo 
requieren de un calentamiento mediante una corriente 
eléctrica para deformarse. 
(a) 
(b) 
Pequeño daño de la matriz 
Deslaminación Fibras 
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Figura 3. (a) Ala y alerón típicos. (b) Alerón con AMF [6] 
 
5. TENDENCIAS ACTUALES DE INVESTIGACIÓN 
 
Actualmente, los materiales y estructuras inteligentes 
están creando un gran interés. Éstos ofrecen una serie de 
capacidades y ventajas que los hacen una promisoria 
alternativa a materiales convencionales o compuestos no 
inteligentes. Sin embargo, para que estos materiales sean 
amplia y exitosamente utilizados en la práctica, deben 
resolverse una serie de problemas (ver, por ejemplo, la 
sección 4.2) y efectuarse muchas mejoras. 
 
Actualmente, se están llevando a cabo investigaciones en 
diferentes frentes. En este artículo se hace una 
clasificación de las áreas específicas de investigación en 
compuestos inteligentes. Los artículos citados constituyen 
una muestra de lo que se está haciendo en cada frente. 
 
La mayor parte de los trabajos de investigación (por 
ejemplo [5, 7-16]) se enfoca en el análisis, evaluación o 
modelado de las propiedades y del comportamiento de 
los compuestos inteligentes. Estos resultados pueden ser 
utilizados en el diseño de estos materiales. En [5] se 
evalúa la resistencia a la flexión y la de cortante ínter-
laminar de laminados inteligentes cuasi-isotrópicos con 
AMF o fibras ópticas. Se concluye que estos materiales 
inteligentes no afectan la resistencia al cortante, pero sí 
afectan la resistencia a la flexión, principalmente, cuando 
se ubican en la zona de compresión. En [7] se investiga 
la resistencia a la fatiga de compuestos de matriz epóxica 
con fibras de refuerzo de TiNi (AMF). Una importante 
conclusión, tanto experimental como teórica, es que al 
preestirar las fibras, la matriz adquiere un esfuerzo 
compresivo que aumenta la resistencia al crecimiento de 
las grietas. Tres trabajos de un par de autores ([8] por 
ejemplo) presentan modelos (basados en la teoría de 
placa zigzag o en elementos finitos) para predecir las 
propiedades mecánicas, térmicas y eléctricas de 
laminados compuestos sometidos a estos tres tipos de 
carga. En [9] se investiga teórica y experimentalmente 
las frecuencias naturales de vigas laminadas compuestas 
con fibra de vidrio y alambres de AMF (como 
actuadores). Se aprecia que la frecuencia natural 
depende del número de actuadores y de la fase 
(martensita o austenita) que presenten. En otros trabajos 
se desarrollan modelos del comportamiento 
termomecánico de AMF [10] y de laminados de vigas 
compuestas usando elementos piezoeléctricos [11-12]. 
El modelo para las AMF puede usarse en compuestos 
inteligentes con dichas aleaciones. 
 
Para obtener mejores propiedades en compuestos 
inteligentes, se han presentado algunos conceptos nuevos 
(por ejemplo [17-20]). En [17] y [18] se proponen 
nuevos materiales ‘actuadores’. En [17] se presenta un 
compuesto de matriz polimérica (particularmente matriz 
epóxica) con partículas de NiMnGa, la cual es una 
aleación ferromagnética con memoria de forma. Con 
este diseño se mejora la ductilidad y se obtiene el efecto 
de memoria de forma, mejorado con la disminución del 
tamaño de las partículas. En [18] se propone usar, en una 
matriz de amortiguación viscoelástica, unas barras 
piezoeléctricas ubicadas oblicuamente a través del 
espesor de las láminas. Dichas barras mejoran la 
amortiguación en compresión y en cortante, lo que 
conlleva a una reducción de las vibraciones. Al igual que 
[7], [19] y [20] trabajan con compuestos de matriz 
epóxica con fibras de refuerzo de TiNi (AMF). [19] se 
enfoca en mejorar la resistencia al crecimiento de grietas 
(reducción del factor de intensidad de esfuerzo) mediante 
la activación de la AMF, y en [20] se trabajó torciendo 
los alambres de TiNi, con lo cual se mejoró la resistencia 
de la adhesión entre fibras y matriz y la resistencia de las 
fibras a ser extraídas de ésta (pull-out). 
 
También se ha trabajado en el análisis y control de las 
vibracionesen estructuras compuestas inteligentes. En 
[21] a [23] se investiga el comportamiento bajo vibración 
de laminados compuestos o vigas sándwich, con sensores 
o actuadores piezoeléctricos. Las probetas utilizadas en 
[21] contenían varias deslaminaciones con el fin de ser 
sensadas. Este tipo de estudios tiene utilidad para el 
control o eliminación de las vibraciones y para el 
monitoreo de la integridad de las estructuras compuestas. 
 
Unas áreas en las que se observa menor concentración de 
investigadores incluyen la detección de daño (por 
ejemplo [24]) y el estudio o mejoramiento de los 
procesos de manufactura [25]. 
 
Finalmente, del estudio de la literatura se pueden 
mencionar algunas observaciones adicionales: 
- Se está investigando principalmente en la 
incorporación de los materiales inteligentes en los 
compuestos, y se ha prestado menor atención al 
estudio de estructurales inteligentes. 
- La mayor parte de las investigaciones se enfoca en 
compuestos laminados, particularmente los de matriz 
epóxica con fibras de TiNi (AMF). 
- Las AMF y los materiales piezoeléctricos son los 
materiales inteligentes más estudiados. 
 
Punto de conexión del actuador 
Alambres de AMF 
(a) 
(b) 
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6. CONCLUSIONES 
 
Los compuestos inteligentes tienen la capacidad de sentir, 
actuar y controlar. Con éstos se puede mejorar la 
eficiencia, confiabilidad y durabilidad de las estructuras y 
aparatos. Gracias a estos materiales, los diseñadores 
tienen a su disposición nuevas formas de controlar 
movimiento, forma geométrica, vibraciones, flujo 
aerodinámico y temperatura, y de ahorrar energía y 
reducir riesgos. 
 
Las investigaciones actuales están aportando mejoras en 
las propiedades, modelado y manufactura de los 
compuestos inteligentes. Sin embargo, la investigación 
en estos materiales está en sus comienzos, y queda 
mucho por hacer para que esta tecnología pueda ser 
aplicada adecuadamente en un amplio rango de 
estructuras reales. 
 
BIBLIOGRAFÍA 
 
[1] MICHAUD, V. Can Shape Memory Alloy Be Smart? 
Scripta Materialia, 50(2), 249-253, 2004. 
[2] MATELLANES, L., CUEVAS, J.M., CLEMENTE, R. y 
ALLUÉ, S. Materiales y Estructuras “Inteligentes”. 
http://www.plastunivers.com/Tecnica/Hemeroteca/Articul
oCompleto.asp?ID=2971, 2003 (acceso 8/05/2004). 
[3] KELLY, A., DAVIDSON, R. y UCHINO, K. 5.20 Smart 
Composite Materials Systems, En Comprehensive 
Composite Materials, Vol. 5, Kelly, A. y Zweben, C (eds. 
en jefe), Pergamon, 2000. 
[4] CHUNG, D.D.L. Composites Get Smart, Materials 
Today, 5(1), 30-35, 2002. 
[5] ZHOU, G., SIM, L.M., BREWSTER, P.A. y GILES, A.R. 
Through-the-Thickness Mechanical Properties of Smart 
Quasi-Isotropic Carbon/Epoxy Laminates, Composites 
Part A: App Sc & Manufacturing, 35(7-8), 797-815, 2004. 
[6] SMA/MEMS RESEARCH GROUP, Univ. of Alberta, 
Canada, Aircraft Maneuverability. http://www.cs.ualberta 
.ca/~database/MEMS/sma_mems/flap.html, 2001 (acceso 
23/04/2004). 
[7] SHIMAMOTO, A., ZHAO, H.Y. y ABÉ, H. Fatigue 
Crack Propagation and Local Crack-Tip Strain Behaviour 
in TiNi Shape Memory Fiber Reinforced Composites, Int 
J of Fatigue, 26(5), 533-542, 2004. 
[8] CHO, M. y OH, J. Higher Order Zig-Zag Theory for 
Fully Coupled Thermo-Electric-Mechanical Smart 
Composite Plates, Int J of Solids and Structures, 41(5-6), 
1331-1356, 2004. 
[9] LAU, K-T., ZHOU, L.M. y TAO, X-M. Control of 
Natural Frequencies of a Clamped–Clamped Composite 
Beam with Embedded Shape Memory Alloy Wires, 
Composite Structures, 58(1), 39-47, 2002. 
[10] LIEW, K.M., KITIPORNCHAI, S., NG, T.Y. y ZOU, 
G.P. Multi-Dimensional Superelastic Behaviour of Shape 
Memory Alloys via Nonlinear Finite Element Method, 
Engineering Structures, 24(1), 51-57, 2002. 
[11] KAPURIA, S. An Efficient Coupled Theory for 
Multilayered Beams with Embedded Piezoelectric 
Sensory and Active Layers, Int J of Solids and Structures, 
38(50-51), 9179-9199, 2001. 
[12] HUANG, D. y SUN, B.H. Approximate Solution on 
Smart Composite Beams by using MATLAB, Composite 
Structures, 54(2-3), 197-205, 2001. 
[13] KALAMKAROV, A.L. y GEORGIADES, A.V. 
Modeling of Smart Composites on Account of Actuation, 
Thermal Conductivity and Hygroscopic Absorption, 
Composites Part B: Engineering, 33(2), 141-152, 2002. 
[14] LEE, W.B., JIE, M. y TANG, C.Y. Constitutive 
Modeling of Aluminum Matrix NiTi Fiber-Reinforced 
Smart Composite, J of Materials Processing Technology, 
116(2-3), 219-223, 2001. 
[15] TSOI, K.A., SCHROOTEN, J. y STALMANS, R. Part I. 
Thermomechanical Characteristics of Shape Memory 
Alloys, Materials Science & Eng A, 368, 286-298, 2004. 
[16] TSOI, K.A., SCHROOTEN, J., ZHENG, Y. y 
STALMANS, R. Part II. Thermomechanical Characteris-
tics of Shape Memory Alloy Composites, Materials 
Science and Engineering A, 368, 299-310, 2004. 
[17] HOSODA, H., TAKEUCHI, S., INAMURA, T. y 
WAKASHIMA, K. Material Design and Shape Memory 
Properties of Smart Composite Composed of Polymer and 
Ferromagnetic Shape Memory Alloy Particles, Science 
and Tech of Advanced Materials, en imprenta, 2004. 
[18] BAZ, A. y TEMPIA, A. Active Piezoelectric Damping 
Composites, Sensors and Actuators A: Physical, 112(2-3), 
340-350, 2004. 
[19] SHIMAMOTO, A., OHKAWARA, H. y NOGATA, F. 
Enhancement of Mechanical Strength by Shape Memory 
Effect in TiNi Fiber-Reinforced Composites, Engineering 
Fracture Mechanics, 71(4-6), 737-746, 2004. 
[20] LAU, K-T., TAM, W-Y., MENG, X-L. y ZHOU, L-M. 
Morphological Study on Twisted NiTi Wires for Smart 
Composite Systems, Materials Letters, 57(2), 364-368, 2002. 
[21] CHATTOPADHYAY, A., KIM, H.S. y GHOSHAL, A. 
Non-Linear Vibration Analysis of Smart Composite 
Structures with Discrete Delamination using a Refined 
Layerwise Theory, J of Sound and Vibration, 273(1-2), 
387-407, 2004. 
[22] VALOOR, M.T., CHANDRASHEKHARA, K. y 
AGARWAL, S. Self-Adaptive Vibration Control of 
Smart Composite Beams using Recurrent Neural 
Architecture, Int J of Solids and Structures, 38(44-45), 
7857-7874, 2001. 
[23] HWU, C., CHANG, W.C. y GAI, H.S. Vibration 
Suppression of Composite Sandwich Beams, J of Sound 
and Vibration, 272(1-2), 1-20, 2004. 
[24] LENG, J. y ASUNDI, A. Structural Health Monitoring of 
Smart Composite Materials by using EFPI and FBG 
Sensors, Sens & Actuact A: Physical, 103(3), 330-340, 2003. 
[25] XU, Y., OTSUKA, K., YOSHIDA, H., NAGAI, H., 
OISHI, R., HORIKAWA, H. y KISHI, T. A New Method 
for Fabricating SMA/CFRP Smart Hybrid Composites, 
Intermetallics, 10(4), 361-369, 2002. 
[26] CALLISTER, W.D. Materials Science and Engineering - 
An introduction. 6a. ed., Wiley Int. Edition, E.U., 2003. 
[27] SMA/MEMS RESEARCH GROUP, University of 
Alberta, Canada, Smart Materials. http://www.cs. 
ualberta.ca/~database/MEMS/sma_mems/smrt.html, 2001 
(acceso 21/04/2004). 
[28] SMA/MEMS RESEARCH GROUP, University of 
Alberta, Canada, Shape Memory Alloys. http://www.cs. 
ualberta.ca/~database/MEMS/sma_mems/sma.html, 2001 
(acceso 21/04/2004). 
[29] SXM PROJECT, Universität Münster, Germany. http://sx 
m4.uni-muenster.de/stm-en/piezo.html (acceso 28/04/04). 
[30] TELCITÉ, France. http://www.telcite.fr/fiber.htm 
(acceso 28/04/2004).